La modélisation de la maçonnerie armée par la méthode des éléments finis. Application aux maçonneries de petits éléments creux
Résumé
This study deals with the reinforced masonry structures of hollow units with reinforcement embedded in the horizontal joints. An experimental campaign is being finalized whose objective consists in identifying the behaviour of the materials which make up the reinforced masonry. An original test to be performed on a set of blocks in inclined arrangement with regard to the stress is being perfected so as to determine the shearing characteristics (G12). The behaviour of the mortar joints is identified under compression and shear testing. A nonlinear friction criterion for the block-joint interface is proposed, and reports the experimental information correctly. The third part is devoted to modelling and to the integration of the model into the CESAR design code (LCPC). We regarded the masonry as a material made of two components: on the one hand, the mortar joints (the mortar being either reinforced or not reinforced), on the other hand the hollow units considered to be homogeneous. A specific contact element was developed; it has an elastic rigidity with regard to the normal stresses located on the plane of the interface. The masonry units were modelled as an equivalent orthotropic material. The mathematical equations which describe the mechanical behaviour of each material were developed. The apparent non-linearity of the behaviour of the units is dealt with within the scope of the formalism of elastoplasticity. Finally, the last part of this report provides us with a validation of the model proposed. The results obtained satisfactorily conform to the experiments on a both qualitative and quantitative level. The model may then serve as a tool designed to predict and assess the ultimate loads carried by such structures.
Dans cette étude, les structures en maçonnerie armée des produits creux ont été étudiées. Les armatures sont noyées dans les joints horizontaux. Une campagne expérimentale est mise au point dans le but d'identifier le comportement des composants de la maçonnerie armée. Un essai original a été effectué sur un ensemble de blocs creux inclinés par rapport à la sollicitation pour déterminer les caractéristiques de cisaillement. Le comportement des joints de mortier est identifié en compression et en cisaillement. Un critère de frottement non linéaire est proposé pour l'interface bloc-joint, qui rend compte correctement des informations expérimentales La troisième partie est consacrée à la modélisation. Nous considérons la maçonnerie armée comme un matériau à deux composants : les joints de mortier (armés ou non armés) d'une part , et les éléments creux considérés comme homogènes d'autre part. Un élément de contact spécifique a été développé, il possède une rigidité élastique dans le plan du joint. Les éléments de maçonnerie ont été modélisés comme un matériau orthotrope équivalent. Des équations mathématiques décrivant le comportement de chaque matériau ont été développées. La non linéarité apparente du comportement des éléments de maçonnerie est traitée dans le cadre du formalisme de l'élastoplasticité. Enfin, une validation du modèle est menée en confrontant les résultats expérimentaux avec ceux du calcul numérique. Les résultats obtenus concordent qualitativement et quantitativement de manière satisfaisante avec l'expérimentation, le modèle peut donc être utilisé comme un outil de prédiction et d'estimation des charges ultimes supportées par les structures.
Mots clés
étude expérimentale
calcul construction
règle calcul
logiciel CESAR
modélisation
méthode élément fini
bâtiment
maçonnerie
maçonnerie armée fissure
fissuration
isotropie
linéarité
comportement
élasticité
mortier
anisotropie
non linéarité
joint
déformabilité
glissement terrain
frottement
décollement
rupture
plasticité
armature
brique
terre cuite
bloc béton